[發(fā)明專利]一種鏈路生存時長加權(quán)的衛(wèi)星可靠性路由方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110574062.3
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113315569B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蘇園夢;閆長江;陳立水;唐亞哲;焦利彬;王斌
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L45/122;H04L45/12;H04L45/121
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

一種鏈路生存時長加權(quán)的衛(wèi)星可靠性路由方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲劃分：依據(jù)低軌衛(wèi)星星座參數(shù)獲取衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星歷數(shù)據(jù)，把衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的一個完整運行周期轉(zhuǎn)化為離散靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)時間片拓撲；將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時間片拓撲簡化為加權(quán)模型圖，引入一條路徑的瓶頸鏈路時間BLT，同時通過鏈路的時延參數(shù)w1和鏈路的生存時間參數(shù)w2，生成均衡考慮時延和丟包的的最優(yōu)路徑；路由決策轉(zhuǎn)發(fā)：基于GEO+LEO雙層衛(wèi)星架構(gòu)，借助GEO地球同步衛(wèi)星通過組播的形式下發(fā)路由決策。本發(fā)明能夠生成路徑有效生存時間最長的最短路徑；該路徑在網(wǎng)絡(luò)拓撲更新中不易受到星間鏈路斷開的影響，從而改善了由于星間鏈路切換導(dǎo)致的丟包問題，提高了路由路徑的穩(wěn)定性與可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的路由領(lǐng)域，特別涉及一種鏈路生存時長加權(quán)的衛(wèi)星可靠性路由方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

衛(wèi)星路由技術(shù)一直是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的重點研究內(nèi)容，尤其在低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)由多顆低軌道(Low Earth Orbit,LEO)衛(wèi)星組成的星座構(gòu)建而成，且衛(wèi)星始終處于高速運動的狀態(tài)，導(dǎo)致衛(wèi)星間的鏈路狀態(tài)不斷地發(fā)生變化，包括鏈路通斷狀態(tài)、鏈路長度狀態(tài)等信息。衛(wèi)星路由技術(shù)需要在源主機與目的主機之間的眾多可達路徑中依據(jù)給出的路徑代價指標選取最優(yōu)的路徑。由于衛(wèi)星運動性導(dǎo)致路徑選擇與維護困難，需要設(shè)計能夠保證轉(zhuǎn)發(fā)路徑性能與時效的路由策略，才能提升網(wǎng)絡(luò)拓撲更新時的用戶通信體驗。

傳統(tǒng)的地面路由策略已無法適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲頻繁變化的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為了有效應(yīng)對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲更新，許多研究者基于虛擬節(jié)點路由策略、虛擬拓撲路由策略展開了路由方法的研究，以期望簡化網(wǎng)絡(luò)更新時的路由更新管理，降低路由更新開銷。但目前的衛(wèi)星路由方法仍舊很難保證完全100％不丟包的路由更新。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)鏈路時延常常大于地面網(wǎng)絡(luò)，丟包將會對網(wǎng)絡(luò)性能造成較大的影響，丟包率的降低對于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信來說顯得十分重要。如何減少由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由更新導(dǎo)致的丟包，也就成為一個值得研究的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鏈路生存時長加權(quán)的衛(wèi)星可靠性路由方法及系統(tǒng)，以解決因高緯度相鄰衛(wèi)星間鏈路斷開導(dǎo)致的丟包問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種鏈路生存時長加權(quán)的衛(wèi)星可靠性路由方法，包括以下步驟：

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲劃分：依據(jù)低軌衛(wèi)星星座參數(shù)獲取衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)星歷數(shù)據(jù)，把衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的一個完整運行周期轉(zhuǎn)化為離散靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)時間片拓撲；

路由表計算：將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)時間片拓撲簡化為加權(quán)模型圖，引入一條路徑的瓶頸鏈路時間BLT，同時通過鏈路的時延參數(shù)w1和鏈路的生存時間參數(shù)w2，生成均衡考慮時延和丟包的的最優(yōu)路徑；

路由決策轉(zhuǎn)發(fā)：基于GEO+LEO雙層衛(wèi)星架構(gòu)，借助GEO地球同步衛(wèi)星通過并發(fā)的形式下發(fā)路由決策。

進一步的，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)模型的搭建：軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中主要包含控制器、交換機、終端主機三類節(jié)點，組成了自上而下的三層架構(gòu)；

三類節(jié)點的具體為：

1)控制器：GEO衛(wèi)星作為控制器，3顆GEO衛(wèi)星組成分布式控制器，收集各個LEO交換機節(jié)點的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和鏈路數(shù)據(jù)，同時依據(jù)預(yù)先配置的控制管理策略生成流表項下發(fā)給相應(yīng)的LEO衛(wèi)星；

2)交換機：LEO衛(wèi)星作為交換節(jié)點，與地面終端相連接，66顆LEO組成的Iridium星座作為數(shù)據(jù)平面，根據(jù)控制器下發(fā)的流表項進行數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)發(fā)；

3)終端主機：包括地面站或用戶終端，與可見范圍內(nèi)的衛(wèi)星建立連接，然后向衛(wèi)星發(fā)起業(yè)務(wù)請求。

進一步的，離散靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)時間片拓撲的轉(zhuǎn)化具體為：

基于GEO+LEO的軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，借助衛(wèi)星分析工具STK進行可見性分析，輸出不同時刻下的GEO控制器的可見LEO節(jié)點分組數(shù)據(jù)；